Как защититься от коррозии металла

N+1Наука

За нами не заржавеет

Как защититься от коррозии металла

Наталья Самойлова

Коррозии подвластно все: от велосипеда, который вы оставили под дождем, до мостов, самолетов и нефтяных танкеров. Нередко она становится причиной страшных аварий, а на борьбу с ее последствиями человечество каждый год тратит 3,4 процента ВВП. Вместе с Уральским федеральным университетом (УрФУ) разбираемся, с чего начинается процесс коррозии, почему нельзя сажать медную обшивку на железные гвозди и как нам могут помочь бактерии и 3D-печать.

Медь, железо и гады морские

В 1761 году сотрудники Британского адмиралтейства решились на смелый эксперимент: покрыть деревянное судно медной обшивкой. Предполагалось, что она защитит корпус и днище от моллюсков, которые нарастали вокруг киля и тормозили движение судна. Некоторые разновидности этих беспозвоночных даже протачивали деревянные доски. Медь должна была уберечь деревянный корпус, а ее уже известные к тому моменту токсические свойства — не дать моллюскам прицепиться сверху.

Полем для экспериментов стал новый 32-пушечный фрегат Alarm, спущенный на воду в 1758 году. Обшивку сделали из тонких медных листов, которые закрепили на дереве с помощью железных гвоздей. После этого Alarm снова отправился в плавание. Когда спустя два года фрегат вытащили на берег и тщательно осмотрели, выяснилось, что медная обшивка выполнила свою задачу на отлично. Деревянный корпус фрегата почти не пострадал, а слой моллюсков, наросший вокруг киля, был совсем небольшим. Но вот сама обшивка оказалась не в лучшем состоянии и местами уже буквально отваливалась — и все из-за железных гвоздей, некоторые из которых проржавели насквозь.

Инженеры, которые осматривали корабль, удивились: железные гвозди и другие детали до этого уже использовали в кораблестроении, но никогда они не выходили из строя так быстро. Более детальный осмотр выявил еще один удивительный факт: сильнее всего пострадали гвозди, которые находились с медью в непосредственном контакте, а те, что были изолированы деревом или вощеной бумагой, сохранились лучше.

Аlarm сражается против двух испанских судов. Битва происходила в 1762 году — как раз во время эксперимента с медной обшивкой. Dominic Serres / Capture of the Spanish ships Thetis and Phenix by the Alarm in the West Indies

Сотрудники Адмиралтейства сделали вывод, что медь можно использовать для защиты судов, но между слоями железа и меди необходимо делать изолирующие прокладки. Эта история — один из первых изученных и описанных в литературе случаев электрохимической коррозии металлов.

Что такое коррозия

Коррозией называют разрушение металла в результате химического, электрохимического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. Науке известно множество видов коррозии, и все они начинаются по-разному.

Самый простой вариант коррозии — химическое окисление. В воздухе содержится 21 процент кислорода, который является сильным окислителем и всегда готов вступить в реакцию с металлами, превращая их в соответствующие оксиды. Чтобы оценить принципиальную возможность и скорость этого процесса, нужно учесть активность конкретного металла, давление кислорода и температуру.

Самые активные щелочные металлы — литий, натрий и другие — мгновенно вступают в бурную реакцию с кислородом, поэтому в лабораториях их хранят под слоем керосина. Благородные металлы, например золото и платина, не окисляются даже при самых высоких температурах. Платиновые тигли можно использовать для проведения термогравиметрического анализа при температурах вплоть до 1600 градусов Цельсия.

Остальные металлы располагаются где-то между этими крайними случаями. Например, железо (Fe) начинает активно реагировать с кислородом воздуха при температуре выше 200 градусов Цельсия, а без нагревания реакция идет медленно. Слой оксида, появившийся на поверхности металла, дополнительно ее замедляет: новым молекулам кислорода становится труднее добраться до поверхности металла. Поэтому в сухом воздухе конструкции из железа и близких по активности металлов сохраняются достаточно хорошо.

Но все меняется, когда в дело вступает вода.

Просто добавь воды

Как правило, на металлических конструкциях встречаются детали, выполненные из другого металла или сплава, например заклепки и сочленения. Во время погружения в воду место контакта двух металлов работает как гальванический элемент, то есть химический источник электрического тока. Никакие провода для этого не требуются — точнее, проводником выступает вся металлическая конструкция. Более активный (с более низким электродным восстановительным потенциалом) металл становится «анодом»: он передает часть электронной плотности другому металлу, а сам начинает растворяться, переходя в состояние катиона. Менее активный металл выступает в роли «катода»: полученные электроны на нем используются для восстановления кислорода.

Затем два новых иона, катион металла и кислородсодержащий анион, соединяются и образуют гидроксид или оксид. Второй металл, как правило, в химические превращения не вступает и остается только проводником электронов. При этом образующийся оксид постоянно находится в контакте с жидкостью. Вода с растворенным кислородом может проникать под слой оксида и взаимодействовать с ним, и тогда реакция продолжается. Как раз такой процесс и произошел в обшивке фрегата Alarm: катодом стала медь, а анодом — железные гвозди.

Нежелательный гальванический элемент может образоваться и на однородной металлической конструкции — возле дефекта, шероховатости или загрязнения. Все подобные процессы относятся к электрохимической коррозии.

Если металл взаимодействует с растворами кислот, коррозия происходит еще быстрее. В этом случае необязательно, чтобы разные металлы соседствовали друг с другом: металл может вступить в окислительно-восстановительную реакцию с катионами водорода H

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Гремучие змеи попили воды с тел сородичей Гремучие змеи попили воды с тел сородичей

Герпетологи изучили, как зеленые гремучники собирают дождевую воду

N+1
Юность, страсть и бунт: 2 фильма, заставляющих взглянуть на своих детей иначе Юность, страсть и бунт: 2 фильма, заставляющих взглянуть на своих детей иначе

Фильмы, которые помогут родителям лучше понять своих детей-подростков

Psychologies
Святая вода из Эфиопии вызвала семь случаев устойчивой холеры в Европе Святая вода из Эфиопии вызвала семь случаев устойчивой холеры в Европе

Вспышка холеры в Европе: во всем виновата святая вода из Эфиопии

N+1
Не только метростроевка с отбойным молотком: какими были образы советских женщин Не только метростроевка с отбойным молотком: какими были образы советских женщин

Какими были женские образы век назад, кем были отрицательные героини пропаганды?

Forbes
Секрет похудения, который заключается не в голодании или подсчете калорий Секрет похудения, который заключается не в голодании или подсчете калорий

Какое воздействие на организм окажет один день без углеводов?

ТехИнсайдер
Территория стиля Территория стиля

Креативный и модный интерьер арт–пространства Biart

SALON-Interior
(Не)придуманные истории (Не)придуманные истории

Почему сейчас самое время обратить внимание на произведения в жанре автофикшн

Seasons of life
Кукла веры Кукла веры

«Пиноккио Гильермо дель Торо»: сказка страшного времени

Weekend
Нормальная родня: как кино учит нас здоровым отношениям Нормальная родня: как кино учит нас здоровым отношениям

Как сценаристы и режиссеры по-новому показывают родственные связи

Forbes
Фудфотография: визуальный стиль ресторана Фудфотография: визуальный стиль ресторана

За 11 лет работы фудфотографом я сталкивалась с совершенно разными проектами

Bones
Кошкам наплевать на людей, а мужчины предпочитают красоток: 10 очевидных фактов, подтвержденных наукой Кошкам наплевать на людей, а мужчины предпочитают красоток: 10 очевидных фактов, подтвержденных наукой

Одно дело — житейская мудрость, а другое — наука, эксперименты, и статистика

ТехИнсайдер
Однажды в Чертанове Однажды в Чертанове

Как фэнтези-комедия «Конец света» цитирует мировую и российскую поп-культуру

Правила жизни
Таинственная жизнь половинчатой женщины: она выступала в цирке и прожила успешную жизнь Таинственная жизнь половинчатой женщины: она выступала в цирке и прожила успешную жизнь

Габриэль не отказалась от всех возможных благ жизни, несмотря на недостаток

ТехИнсайдер
Похабные словечки, смайлики, лукизм: что не так с мужскими анкетами в приложениях для поиска секса Похабные словечки, смайлики, лукизм: что не так с мужскими анкетами в приложениях для поиска секса

Как составить анкету на сайте секс-знакомств, которая может привлечь внимание?

Psychologies
Вектор аграрных инвестиций Вектор аграрных инвестиций

Какие направления аграрных инвестиций самые привлекательные?

Агроинвестор
Невезучие гении, не дожившие до славы совсем чуть-чуть. Часть II Невезучие гении, не дожившие до славы совсем чуть-чуть. Часть II

Гении прошлого, умершие в тот момент, когда у них все должно было получиться

Maxim
6 признаков грядущего развода: проверьте ваши отношения 6 признаков грядущего развода: проверьте ваши отношения

Как правильно поговорить с партнером и расставить все точки над i?

Psychologies
Нина Агишева: «Франкенштейн и его женщины. Пять англичанок в поисках счастья» Нина Агишева: «Франкенштейн и его женщины. Пять англичанок в поисках счастья»

Отрывок из книги о запутанных любовных треугольниках и литературе

СНОБ
Улететь в лето Улететь в лето

Не торопитесь переноситься из сугробов под пальмы. Взвесьте все за и против

Здоровье
Может ли укус кошки убить человека? Ответ вас удивит! Может ли укус кошки убить человека? Ответ вас удивит!

Укус кошки может стать смертельным

ТехИнсайдер
Рост под санкциями Рост под санкциями

2022 год стал крайне сложным для экономики, но агросектор будет в плюсе

Агроинвестор
«Доброе утро, монстр!»: истории об абьюзе и предательсве из кабинета психотерапевта «Доброе утро, монстр!»: истории об абьюзе и предательсве из кабинета психотерапевта

Отрывок из книги Кэтрин Гилдин «Доброе утро, монстр!»

Forbes
ИИ в ретейле, музыке, фармакологии: как Армения становится технологичной ИИ в ретейле, музыке, фармакологии: как Армения становится технологичной

Современная Армения — это не только туризм, но и центр высоких технологий

РБК
Смартфоны с 200-Мп камерами против 100 Мп: стоит ли переплачивать? Смартфоны с 200-Мп камерами против 100 Мп: стоит ли переплачивать?

Стоит ли переплачивать за смартфоны с 200-Мп камерами?

CHIP
Преждевременная эякуляция — или почему мужчины быстро кончают Преждевременная эякуляция — или почему мужчины быстро кончают

Сексуальная жизнь - дело непростое

ТехИнсайдер
Конец истории: как работает искажение времени — мнение социального психолога Конец истории: как работает искажение времени — мнение социального психолога

Что такое искаженное восприятие времени и как оно на нас влияет?

Psychologies
Смена декораций Смена декораций

Новогоднее настроение приходит тогда, когда мы начинаем украшать дом

Лиза
Лицензии и другие сюрпризы: как вести бизнес в Объединенных Арабских Эмиратах Лицензии и другие сюрпризы: как вести бизнес в Объединенных Арабских Эмиратах

В Эмиратах есть важные нюансы, которые стоит знать при постройке бизнеса

Forbes
Гардероб репорт Гардероб репорт

Как менялись стиль и привычки представителей малого и среднего бизнеса в России

Правила жизни
5 самых популярных гаджетов 1980-х годов, которые сегодня не встретишь ни у кого 5 самых популярных гаджетов 1980-х годов, которые сегодня не встретишь ни у кого

Какие гаджеты использовали 40 лет назад?

ТехИнсайдер
Открыть в приложении